(57)【要約】【課題】蓄電装置で内部短絡や外部短絡が生じても、インバータの直流リンク回路を短絡させてしまうことのない安全性を向上させた移動体を提供することである。【解決手段】蓄電装置１９はインバータ１６の直流リンク回路に直流電源１１及びインバータ１６に並列に接続され、直流電源１１からの電力を蓄電するとともにインバータ１６の回生動作時には回生エネルギーを蓄電し、制御装置２１は、蓄電装置１９と直流リンク回路との間に接続され蓄電装置１９と直流リンク回路とを絶縁して接続する双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、蓄電装置１９に短絡故障が発生した場合には蓄電装置１９または双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を停止させて直流電源１１からインバータ１６に電力を供給し、直流電源１１に故障が発生した場合には直流電源１１を停止させ蓄電装置１９からインバータ１６に電力を供給する。【選択図】  図１
2010124549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の直流電力をインバータで交流電力に変換し交流モータの駆動電源として用いる移動体において、前記インバータの直流リンク回路に前記直流電源及び前記インバータに並列に接続され前記直流電源からの電力を蓄電するとともに前記インバータの回生動作時には回生エネルギーを蓄電するための蓄電装置と、前記蓄電装置と前記直流リンク回路との間に接続され前記蓄電装置と前記直流リンク回路とを絶縁して接続する双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記蓄電装置に短絡故障が発生した場合には前記蓄電装置または前記双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを停止させて前記直流電源から前記インバータに電力を供給し前記直流電源に故障が発生した場合には前記直流電源を停止させ前記蓄電装置から前記インバータに電力を供給する制御装置とを備えたことを特徴とする移動体。
【請求項２】
前記制御装置は、前記直流電源のエネルギーと前記蓄電装置のエネルギーの２つのエネルギーを同時に利用して前記インバータを駆動することを特徴とする請求項１記載の移動体。
【請求項３】
前記制御装置は、前記双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータで前記インバータの直流電圧を調整することを特徴とする請求項１記載の移動体。
【請求項４】
前記制御装置は、前記双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータから出力されるエネルギーを調整することで前記直流電源から出力されるエネルギーを調整することを特徴とする請求項１記載の移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源により発生した直流電力をインバータで交流に変換して交流モータの駆動電源として用いる移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電源により発生した直流電力をインバータで交流に変換して交流モータの駆動電源として用いる移動体としては鉄道車両がある。例えば、ディーゼルエンジンで直流電力を発生させてインバータで交流電力に変換し、交流モータを駆動する車両では、回生動作を行った場合に、インバータの直流リンクに接続されているコンデンサに回生エネルギーを吸収させていた。
【０００３】
コンデンサにエネルギーが蓄積され電圧が上昇すると、規定の電圧値を超える恐れがあり、一部のエネルギーはコンデンサに蓄積されずに放電されていた。このため、回生エネルギーの損失となり回生失効が発生していた。そこで、一部の車両では、コンデンサよりも多くのエネルギーを蓄積することが可能な蓄電装置が接続されているが、安全性の確保が求められている。
【０００４】
図２は、蓄電装置を備えた従来の移動体の電源駆動部の一例を示す構成図である。直流電源１１は直流電力を発生するものであり、例えば、交流発電機１２で交流電圧を発生させて、ダイオード整流器１３で直流に変換し、インダクタンス１４及びコンデンサ１５で直流平滑電圧を発生する。この直流電圧を利用してインバータ１６は交流モータ１７を駆動する。そして、直流リンク回路にはチョッパ１８を介して蓄電装置１９が接続されている。蓄電装置１９は、交流発電機１２の出力可能電力では交流モータ１７の駆動が不足の場合に不足電力を補給したり、交流モータ１７の回生エネルギーを蓄電したりするものである。
【０００５】
蓄電装置を備えたものとして、発生した回生電力を動力負荷で吸収しきれない場合でも、この回生電力を蓄電することにより、受電点への電力逆供給や回生失効が発生せず、高効率で省エネ効果に優れた回生電力蓄電システムがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２４７１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のものでは、チョッパ１８を介して蓄電装置１９とインバータ１６とを接続しているので、チョッパ１８の半導体素子が短絡故障すると蓄電装置１９を短絡させてしまう。そのため、蓄電装置１９からの発火や発煙の事故に至る可能性がある。
【０００７】
このように、インバータ１６と蓄電装置１９とを接続する際には電力変換器（主に昇圧チョッパ１８）が利用されているが、電力用半導体素子で短絡故障が発生すると蓄電装置１９に過剰なエネルギーを注入することになる。さらに、蓄電装置１９でも故障が発生するとインバータ１６の直流リンク回路を短絡させてしまう恐れがある。
【０００８】
本発明の目的は、蓄電装置で内部短絡や外部短絡が生じても、インバータの直流リンク回路を短絡させてしまうことのない安全性を向上させた移動体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
直流電源の直流電力をインバータで交流電力に変換し交流モータの駆動電源として用いる移動体において、前記インバータの直流リンク回路に前記直流電源及び前記インバータに並列に接続され前記直流電源からの電力を蓄電するとともに前記インバータの回生動作時には回生エネルギーを蓄電するための蓄電装置と、前記蓄電装置と前記直流リンク回路との間に接続され前記蓄電装置と前記直流リンク回路とを絶縁して接続する双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記蓄電装置に短絡故障が発生した場合には前記蓄電装置または前記双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを停止させて前記直流電源から前記インバータに電力を供給し前記直流電源に故障が発生した場合には前記直流電源を停止させ前記蓄電装置から前記インバータに電力を供給する制御装置とを備えたことを特徴とする移動体。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蓄電装置で内部短絡や外部短絡が生じても、インバータの直流リンク回路を短絡させてしまうことがなく安全性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明の実施の形態に係わる移動体の電源駆動部の一例を示す構成図である。直流電源１１は直流電力を発生させるものである。すなわち、交流発電機１２で交流電力を発生させてダイオード整流器１３で直流に変換し、インダクタンス１４及びコンデンサ１５で平滑して直流平滑電圧を発生させる。なお、ダイオード整流器１３はＰＷＭ整流器でもよい。
【００１２】
直流電源１１の直流電圧はインバータ１６に入力され、インバータ１６は移動体の交流モータ１７を駆動する。そして、直流リンク回路には双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して蓄電装置１９が接続されている。蓄電装置１９は、交流発電機１２の出力可能電力では交流モータ１７の駆動が不足の場合に不足電力を補給したり、交流モータ１７の回生エネルギーを蓄電したりするものであり、大容量コンデンサでも電池でもよい。
【００１３】
このように、蓄電装置１９とインバータ１６とは双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して絶縁して接続され、インバータ１６または蓄電装置１９が故障したときの安全性を確保している。
【００１４】
また、制御装置２１はインバータ１６や双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を制御するとともに、直流電源１１や蓄電装置１９の故障信号を入力し保護動作を行う。すなわち、蓄電装置１９に短絡故障が発生した場合には、蓄電装置１９または双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を停止させて直流電源１１からインバータ１６に電力を供給するように制御する。また、直流電源１１に故障が発生した場合には直流電源１１を停止させ蓄電装置１９からインバータ１６に電力を供給するように制御する。
【００１５】
このように、本発明の実施の形態では、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して、蓄電装置１９をインバータ１６に接続することで、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０にトランスが存在するため、蓄電装置１９の故障が発生してもインバータ１６の直流リンク部分がインバータ１６の直流リンクが短絡になることはなくなる。従って、蓄電装置１９に故障が発生しても電流を抑制することができる。
【００１６】
いま、インバータ１６の半導体素子に短絡故障が生じた場合を考える。このとき、蓄電装置１９の正極・負極が短絡されてしまうが、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０によって、蓄電装置１９の正極・負極が短絡されることもなくなる。また、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を停止することで、インバータ１６の直流リンクを短絡させてしまう恐れはなくなる。
【００１７】
一方、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が短絡故障しても、インバータ１６と蓄電装置１９とが双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０のトランスで絶縁されているために蓄電装置１９からのエネルギーがインバータ１６に直に流れ込まなくなる。
【００１８】
ここで、制御装置２１は、蓄電装置１９のエネルギーに蓄電されたエネルギーを放電しても問題ない場合には、直流電源１１のエネルギーと蓄電装置１９のエネルギーの２つのエネルギーを同時に利用してインバータ１６を駆動する。これにより、移動体のエネルギーを直流電源１１及び蓄電装置１９の双方から直流電源１１及び蓄電装置１９を併用して移動体を動かすことができる。
【００１９】
また、制御装置２１は、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０でインバータ１６の直流電圧を調整したり、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０から出力されるエネルギーを調整することで直流電源１１から出力されるエネルギーを調整する。例えば、交流発電機１２の出力エネルギーと蓄電装置１９の出力エネルギーとが均等であっても、蓄電装置１９のエネルギーの残量が低下した場合に交流発電機１２の出力エネルギーを増加させる。また、交流モータ１７の出力として、交流発電機１２の出力エネルギーの定格以上のエネルギーが必要な場合には、蓄電装置１９の出力エネルギーを加える。
【００２０】
また、制御装置２１は、移動体が停止・待機している際に、蓄電装置１９に交流発電機１２の出力エネルギーを双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して充電する。これによって、蓄電装置１９のエネルギーを十分に確保することができる。
【００２１】
インバータ１６で交流モータ１７を駆動する際に、移動体を停止させる場合に回生電流によって交流モータ１７を停止させる。この回生エネルギーをコンデンサ１５に充電するとともに蓄電装置１９にも充電することで、コンデンサ１５の電圧が規定値よりも上昇することを抑制する。
【００２２】
本発明の実施の形態よれば、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して蓄電装置１９とインバータ１６とを絶縁して接続するので、インバータ１６や蓄電装置１９が故障しても安全性を確保できる。例えば、蓄電装置１９で内部短絡や外部短絡が生じても、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を停止することで、インバータ１６の直流リンクを短絡させてしまう恐れはなくなる。また、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が短絡故障しても、インバータ１６と蓄電装置１９とが絶縁されているために蓄電装置１９からのエネルギーがインバータ１６に直に流れ込まなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係わる移動体の電源駆動部の一例を示す構成図。
【図２】従来の移動体の電源駆動部の一例を示す構成図。
【符号の説明】
【００２４】
１１…直流電源、１２…交流発電機、１３…ダイオード整流器、１４…インダクタンス、１５…コンデンサ、１６…インバータ、１７…交流モータ、１８…チョッパ、１９…蓄電装置、２０…双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ、２１…制御装置
【図１】
2010124549.tif 000003
【図２】
2010124549.tif 000004